抑制枝晶的锌海绵电池电极

本方案提供了一种简便且低成本的方法，用于制备在碱性电池循环过程中可抑制枝晶形成的锌电极。该技术的主要优势在于，可通过改变锌颗粒的尺寸、来源类型及其尺寸，或热处理方案，轻松调控锌电极的结构。采用本方案制备的金属海绵，其相对密度和孔径尺寸范围是标准金属泡沫制造方法难以实现的。

首先，在一个 100 毫升的玻璃烧杯中加入 2.054 毫升去离子水和 4.565 毫升癸烷。然后通过搅拌使 0.1 克十二烷基硫酸钠（SDS）溶解。接着，向烧杯中加入 5 毫克水溶性中等黏度的羧甲基纤维素钠盐（CMC 钠盐），搅拌 5 分钟或直至完全溶解。

使用塑料或塑料涂层的搅拌工具，因为金属表面可能对生成的锌海绵产生不利影响。向烧杯中加入0.844克水不溶性预溶胀羧甲基纤维素树脂，并进行搅拌。将烧杯置于配备塑料桨叶的 overhead paddle 搅拌器上，以1,000 RPM 的速度搅拌整个混合物5分钟。

加入50克锌粉，继续搅拌五分钟。五分钟后，停止搅拌，移去烧杯。将烧杯置于干燥器中，在室温下抽真空处理五分钟，以除去混合物及其内容物。

将锌膏分装至直径约10毫米、高约5毫米的聚丙烯模具中，室温下静置过夜使其干燥。干燥后，小心地将锌膏从模具中取出，并放入置于带凹槽氧化铝支架上的网状外壳内。将该组件放入带有进气和出气口的管式炉中。

以每分钟 5.7 厘米的流速向炉内通入氮气 30 分钟，以排出炉内空气。30 分钟排空后，将氮气流速调节至每分钟 2.8 厘米的恒定流速。设置炉温在 68 分钟内从 20 摄氏度线性升至 369 摄氏度，在 369 摄氏度下保持 5 小时，再在 105 分钟内从 369 摄氏度线性升至 584 摄氏度，然后关闭炉子。

在氮气持续流动的同时启动炉子程序。在温度保持五小时后，手动停止氮气流，并以2.8厘米/分钟的流速通入呼吸空气。加热程序结束后，在保持呼吸空气流动的条件下，让炉子冷却至室温。

最后，取出已冷却的锌海绵，用锯子或砂纸将其加工至所需尺寸。在100毫升玻璃烧杯中加入10.5毫升去离子水，然后加入0.12克水溶性高黏度纤维素胶，使用带塑料涂层的搅拌工具搅拌。

涡旋并手动搅拌该混合物5分钟，或直至纤维素胶完全溶解。在涡旋烧杯的同时加入2.4克玉米淀粉，持续两分钟，然后在继续涡旋的同时加入120克制备好的锌粉，再持续两分钟。完成后，将所得的锌膏压入所需模具的型腔中，并在70摄氏度的空气中于烘箱中静置过夜干燥。

干燥后，小心地将锌膏从模具中取出，并放入置于带凹槽氧化铝支架上的网状外壳中。将该组件放入带有进气和出气口的管式炉中。以每分钟5.7厘米的流速向炉内通入氮气30分钟，以彻底排除炉内空气。

氮气吹扫30分钟后，将氮气流速调节至恒定的2.8厘米/分钟。将炉温程序设置为：在68分钟内从20℃线性升至369℃，在369℃保温5小时，再在105分钟内从369℃线性升至584℃，随后关闭炉子。在氮气持续流动的同时启动炉温程序。

温度保持五小时后，手动停止氮气流，并以每分钟2.8厘米的流速通入呼吸空气。加热程序结束后，在持续通入呼吸空气的条件下，使炉膛冷却至室温。最后，取出冷却后的锌海绵，并锯切或打磨至所需尺寸。

本方案用于制备基于乳液的锌海绵，其密度为 2.8 克每立方厘米，以及基于水相的海绵，其密度为 3.3 克每立方厘米。锌海绵应具有刚性和脆性。其横截面应与此处所示的类似。

所得锌海绵的所有特性均应落在文稿中提供的范围内。锌海绵电极在328毫安时/克锌的重量比容量下表现出循环稳定性，相当于43%的放电深度。在对所制备的锌电极进行大量电化学循环以评估其效率后，扫描电子显微镜观察未发现锌海绵电极中存在枝晶。

锌海绵的表面在循环过程中会发生重构。放电深度越深，循环寿命越长，重构程度就越大。进行本方案时，请记住使用塑料包被的工具搅拌混合物。

类似的制造工艺也可用于基于不同金属制备其他类型的金属泡沫，以满足多种应用需求。